專利名稱：一種應用在冠狀動脈造影圖像分割中的改進的區域生長方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理，特別涉及ー種改進的區域生長法用于冠狀動脈造影圖中的血管分割提取。ニ背景技術：
醫學圖像處理是圖像處理領域中重要的分支，而血管的分割提取，又是醫學圖像處理的重點和難點之一。冠狀動脈造影技術是指經皮刺穿動脈后插入導管，并注入造影剤，利用X射線對造影剤和其它人體組織吸收程度的不同，而記錄下的血管影像。所以，圖像亮度非常不均勻。如圖I所示，是ー張經過平滑濾波的冠狀動脈造影圖，圖像的亮度不均勻。區域生長算法最早由Zucker提出，作為ー個串行區域算法，它從ー個或ー組起始的種子點開始，根據目標區域中像素的相似性來不斷生長擴大區域，最終生成目標區域。正是它擁有簡單、靈活、計算速度快等特點，區域生長算法應用十分廣泛。但區域生長算法也存在著一些問題，如需要人工選擇種子點，特別是在分割不均勻亮度的圖像時，難以設計生長準則以達到最佳效果。采用傳統的區域生長算法分割冠脈造影圖像時，存在以下兩點不足
1、種子點的選取需人工交互，效率低下。一般來說，血管造影圖中血管部分由于造影剤吸收X射線最多，所以顯示的血管部分灰度最大，一般采用人工選取造影圖中最亮的點作為種子；
2、傳統區域生長的生長準則，是根據相鄰像素或者與平均像素灰度值值的相似性來判斷，這種準則難以分割不均勻亮度圖像。如圖1，A處的背景，比B處血管的灰度還大，運用相似性或者全局的平均灰度，很容易產生過生長或者欠生長。另外也有ー些利用像素的統計信息作為生長準則，但那些方法的計算量大大增加。
發明內容
本發明目的是為了提供一種更加快速、準確的圖像分割算法，對有不均勻亮度的冠狀動脈造影圖像進行分割。為實現上述目的，在傳統的區域生長算法的基礎上提出了兩點改迸。1，根據預設的準則，自動隨機生成一組種子點；2，種子點生長過程中，運用局部區域的像素灰度信息作為生長準則的參數，這樣就能夠分割出不均勻亮度的圖像。本發明的實施的步驟包括
對圖像進行預處理，得到可以運用區域生長算法的原始圖像；
根據預設的準則，自動隨機生成一組種子點；
設置ー個棧數據結構，用作生長時點的容器；
依次進行每個種子點的生長，在生長的過程中，生長準則用到的平均灰度值是該種子點生長區域中動態計算的；
當每個種子點都無法再生長時，即得到最后的結果。本發明對區域生長發的兩點改迸，不僅提高了圖像分割的速度，還能夠提高不均勻亮度圖像分割的準確性。特別適用對冠狀動脈造影圖像的分割。
四
圖I是本發明進行冠狀動脈造影圖像分割的步驟流程圖。圖2是本發明處理實例的原始圖像
圖3是傳統區域生長算法手動選取一個種子點處理的效果 圖4是傳統區域生長算法手動選取多個種子點處理的效果 圖5是傳統區域生長算法自動選取多個種子點處理的效果 圖6是本發明處理的效果 五
具體實施例方式 區域生長的基本思想是將具有相似性質的像素集合起來構成區域。具體先對每個需要分割的區域找ー個種子像素作為生長的起點，然后將種子像素周圍領域中與種子像素有相同或相似性質的像素合并到種子像素所在的區域中。將這些新像素當作新的種子像素繼續進行上面的過程，直到再也沒有滿足條件的像素可以包括進來。下面結合圖I來詳描述本發明進行圖像分割的具體步驟。圖2是ー張經過預處理的冠脈造影圖，現設其寬為M，高為N。用G(i，j)表示坐標為(i，j)的像素點的灰度值，給姆個點ー個標記量Fi, j, Fi； j = 0表示點(i, j)不屬于生長區域，Fi, j = I表示該點屬于已被生長。步驟一種子點的自動生成傳統的區域生長法首先需要確定ー個或ー組種子點，其中主要靠人機交互手動選取。隨機種子點是指隨機產生ー些點，根據ー些先驗知識，設置相應的評判標準，如像素點的灰度值等，確定此點是否滿足種子要求，如果滿足則將其設為種子點，如此循環，產生一定數量的種子點。種子點不宣太多，因為是隨機產生，種子點太多會大大增加計算量；種子點也不能太少，因為要保證種子點能夠散布在感興趣區域的各個部分，經實驗驗證，根據圖像特點，種子點個數為感興趣區域像素點總數的109^15%比較合適。現隨機產生ー組種子點S1, S2, S3……Sk共K個，每個種子點的灰度值為Gi, i = 1,2,……K。步驟ニ創建棧結構
創建ー個棧結構作為生長時的點的容器，每次生長得到的像素點進行入棧操作，生長完ー個點之后進行出棧操作，得到下一個要生長的像素點。這里使用一個鏈表結構作為棧，定義如下
typedef struct PointStack{
int X； int y;
struct PointStacK 氺next;
}PointStack;
生長時從第一個種子點開始入棧，判斷其四鄰域的像素點灰度值是否符合生長準則，將符合的像素點標記量置1，然后入棧。步驟三進行循環生長
局部生長準則是指在進行生長的過程過，不使用固定平均值以及全局標準值作為標準值，而是根據每個種子點生長過程中加入的點的動態平均值，作為生長準則中的參數。首先將第一個種子點入棧，第一個種子點的局部區域開始生長。將第一個種子點的像素灰度值作為平局值，出棧，將得到的像素點作為當前點，判斷其四鄰域像素點是否滿足生長準則，以及標記量F是否為0，若有，則將對應的F置為1，該點入棧，并計算新的生長區域平均值。當前點沒有滿足生長的鄰域點，或者鄰域點處理完畢，則進行出棧操作，得到的像素點作為當前點，繼續生長。生長準則是以第XQ <= x <= |fXl <—= X <:= If)個種子點的生長為例，初始平均灰度為種子點的灰度值Gx，當有新加入的像素點時，重新計算平均灰度值，設第X個種子點生長到的區域是Ox，Nx表示Ox中當前的像素個數，則當前區域中所有像素點的平均灰度
Gav(x) = -......；-:....., Ch !) € tJlXGav(X)=--岔士-. (i> |) e
以Gav(x)Ga\-(x)為標準，閾值T是上下浮動的幅度，當滿足 IG(LI) - Gav(x)| < r|G(Li)-Gav|>)| < T 時表示該點可以加入到生長區域。完成第一個種子點的生長，則將第二個點入棧，繼續生長，直至所有種子點都生長完畢，整個生長過程結束，所有標記量為i的像素點即是要分割的目標區域。
權利要求
1.一種應用在冠狀動脈造影圖像分割中的改進的區域生長方法，首先對得到的冠脈造影圖進行預處理，然后進行分割處理，分割處理的方法包括以下步驟 (1)制定規則，隨機生成一組種子點； (2)設置一個棧數據結構； (3)依次對每個種子點進行生長，生長初始階段以種子點灰度值為平均值，每生長出新的像素點，就計算新的平均灰度值； (4)當沒有滿足生長準則的像素點，并且沒有種子點的時候生長結束。
2.根據權利要求I中的方法，隨機選擇一組種子點時，需要預先制定種子點的刪選規貝U，比如根據像素點的灰度值作為評判標準，當隨機到的點滿足預先設置的灰度值要求時，則接收該點作為種子點。
3.種子點太多會增加計算量，但要保證能夠散布在感興趣區域的各個部分，種子點又不能太少。
4.經實驗驗證，根據圖像特點，種子點個數為感興趣區域像素點總數的109^15%比較合適。
5.根據權利要求I中的方法，棧數據結構，作用是在生長過程中，當前點四鄰域中有符合生長準則的像素點時，便將該點入棧，當前點的生長完成后，再出棧，取出的點作為當前點繼續生長； 根據權利要求I中的方法，當前點的生長準則是以第X(I <= % <= IfXI <= X <= 個種子點的生長為例，初始平均灰度為種子點的灰度值Gx，當有新加入的像素點時，重新計算平均灰度值，設第X個種子點生長到的區域是0)X，隊表示Ox中當前的像素個數，則當前區域中所有像素點的平均灰度 Gav(s) =(1> j) e 中xGav(x) = ■, (j, |) e 以Gav(x)Gav(s)為標準，閾值T是上下浮動的幅度，當滿足 |G{i|}- Gav(X)I < FIG(Ii)-Gav(X)I < T 時表示該點可以加入到生長區域。
全文摘要
本發明涉及一種改進的區域生長法，并將其運用在冠狀動脈造影圖中的血管分割提取，包括以下步驟對圖像進行預處理，得到可以直接進行區域生長的原始圖像；制定規則，隨機生成一組種子點；設置一個棧數據結構，將新生長到的像素點入棧，當前點生長完后，取出先前入棧的點作為當前點進行生長；依次對每個種子點進行生長，生長初始階段以種子點灰度值為平均值，隨著生長的進行，每生長到一個新的像素點，就計算新的平均灰度值值；當沒有滿足生長準則的像素點，并且沒有種子點的時候生長結束。本發明的優點在于自動生成種子點，不需要人工干預，而且在生長的過程中，采用每個像素點周圍的局部平均值作為生長參數，能夠分割亮度不均勻的冠脈造影圖，提高了圖像分割的效率和準確性。
文檔編號G06T7/00GK102737376SQ20121009503
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者劉向榮, 於猛, 黃曉陽 申請人:常熟市支塘鎮新盛技術咨詢服務有限公司